安全监测自动化系统在小浪底工程施工期的建设

安全监测自动化系统在小浪底工程施工期的建设

程翠林 （黄河水利委员会勘测规划设计研究院 河南郑州 450003）

王 琳 魏立巍 侯新华（小浪底工程咨询有限公司 河南济源 454681）

苏 航 （北美仪器咨询有限公司 北京 100071）


[摘要] 小浪底工程的安全监测自动化系统规模大，随着土建工程进行系统建设，如何规划项目的实施，如何保证系统的运行正常，如何发挥系统的作用，本文通过小浪底工程的实践，介绍小浪底工程的应用情况和具体做法，供建设管理运行单位参考。

[关键词] 安全监测自动化系统 施工期建设 小浪底工程


1、前言

小浪底水利枢纽工程是治理黄河中的一项关键工程，以防洪、防凌、减淤为主，兼顾发电、灌溉、供水。枢纽由拦河大坝、泄洪排沙、引水发电、灌溉引水等建筑物组成。大坝为粘土斜心墙堆石坝，最大坝高154m，坝基70多米深的覆盖层采用混凝土防渗墙防渗；泄水建筑物由三条直径14.5m的孔板洞、三条明流洞、三条直径6.5m的排沙洞、一条灌溉洞和正常溢洪道、非常溢洪道组成；引水发电系统由六条直径7.8m的引水洞、一座装机6台30万kw的地下厂房和三条尾水洞组成。根据坝址区的地形、地质条件和各种建筑物的运用要求，所有泄洪、排沙、发电建筑物均集中布置在左岸单薄分水岭中。枢纽工程规模大、洞室多、地质水文泥沙条件复杂，且工程下游紧邻陇海、焦枝、京广三大铁路动脉以及广大的黄淮海平原，工程安危直接关系国家大局。为了实际了解枢纽建筑物的运行情况，实时捕捉并及时反馈各建筑物动态变化，适时评估工程安全状况，确保工程安全运行，需要在大量布设的各种性能稳定、运行可靠的监测仪器设施的基础上，建立一套技术先进、设备稳妥可靠的安全监测自动化系统。

2、小浪底安全监测自动化系统的设计

鉴于小浪底水利枢纽的重要性和复杂性，在其众多的工程项目中，工程的安全监测本着突出重点、少而精的原则，以大坝及其基础和北岸山体为监测重点，在大坝及其基础、混凝土防渗墙、进/出水口高边坡、消力塘、进水口塔架、三条孔板泄洪洞、1#明流洞、3#排沙洞及其闸室、1#/5#发电洞、1#/5#尾水洞、地下主厂房和主变室等建筑物及北岸山体中共安装埋设约33种观测仪器与设施计2960支，观测项目包括内外部变形观测、渗流观测、结构应力应变观测、环境量观测、水力学观测及强震台阵（网）监测等。这些观测仪器设施大部分引至分散在枢纽3km范围的64座地面观测房和地下观测站。

针对本工程安全监测项目多、仪器设备种类多、分布区域广、环境差异大的特点，自动化监测系统的设计主要遵循以下原则进行：

（1） 系统需覆盖整个枢纽建筑物及其基础，但又要突出重点工程部位的测点和重点安全监测项目；

（2） 系统要求可靠性高、低故障率，以保证实时监控长期稳定可靠运行；

（3） 系统性能应体现国内外先进技术水平，具备高度方便的可维护性；

（4） 系统设备能适应野外恶劣环境条件，测量精度能满足规程规范要求；

（5） 系统能兼容各类传感器，具备远程诊断、多种方式的数据采集、灵活多样的通讯连接方式和对故障或超限报警等功能。

经过反复研究和论证，从有条件实现自动化监测的2572支仪器中最终选取885支仪器计1078个测点组建本工程安全监测自动化系统。这些测点分布在大坝及其基础、北岸山体、进/出口高边坡、进水塔、消力塘和地下厂房。自动化采集设备经招标评标最后确定选用美国Geomation公司的2380系统。该系统采用全分布式智能节点控制开放型网络结构，由中心监控站和现场数据采集单元MCU等组成，网络结构图如图1所示。中心监控站与MCU间的通讯网络采用通信电缆连接，为满足系统后备通讯手段和适应施工期临时组网的需要，采用超短波无线电作为其后备通讯方式，一旦有线通信发生故障，系统能自动启动后备通讯方式工作。同时，系统还提供电话接口作为第二后备以及对系统提供远程监控的直接途径。整个系统的安装调试由北京北美仪器咨询有限公司（设备安装单位）承担。



图1 小浪底工程安全监测自动化系统网络结构图